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键合银丝、金属电镀材料

文章出处:未知 人气:发表时间:2020-08-07 11:36

银丝键合

基于银层的铝线键合早在1970年已被发明,其主要采用楔形焊进行NTC热敏芯片的键合,即第二焊点的主要键合方式。但银丝键合在铝金属化上则是近10多年来的事,其市场份额从无到有,再到2017年时占据11%左右份额,仅次于金丝、铜丝键合。在2012年前后,银丝键合不仅被应用于动态随机存取存储器(DRAM,Dynamic Random Access Memory)封装、薄型小尺寸封装(TSOP,Thin Small Outline Package),还开始被应用于数字逻辑电路DLC,Digital Logic Circuit)。一方面,银丝成本比金丝低;另一方面,银丝的工艺窗口要宽于铜丝,并且可以进行反向键合Reverse bonding),这使得银丝键合被广泛应用于薄键合焊盘、易裂键合焊盘以及焊盘与焊盘连接。

 

然而,在短波范围内,银丝有着较高的反射率,机械性能相对较差,且更为重要的可靠性问题是银-铝接触位置的腐蚀。银丝材料的主要成分有几种类型,包括纯银、含钯(Pd)或金(Au)的合金(银含量小于90%),主流的银丝键合银的含量为88%Ag,剩余为Pd和Au;采用合金是因为银和铝的扩散速度差异大,Pd可以减缓金属间化合物的生长速度。目前,为了进一步降低成本,95%Ag合金的银丝也开始使用,这使银丝的成本比铜丝要低一些(最大约5%)。

 

银丝键合的评价方式有两种——高温储存试验(High Temperature Storage,HTS,通常温度超过150℃)和湿度贮存试验(Humidity Storage)。除了常用的85℃/85%RH外,也有采用各种强加速应力测试试验(highly accelerated stress test)、高压蒸煮试验(Pressure Cooker Test,PCT)等评价方法。

 

高温储存试验采用150℃/1000h或者200℃/250h的高温老化条件,通过对不同银丝(银纯度为88%~99%)进行试验,在150℃~200℃温度范围并不足以使银-铝键合产生明显退化,其电学特性良好且金属间化合物相位没有明显改变,也没有产生明显的柯肯德尔空洞,这些表现要比金丝键合好。
 

在金丝、银丝、铜丝三种材料中,金最软,因此键合力最小,这样不容易损伤焊盘;铜丝最硬,因此,铜丝键合工艺需要进行参数优化,保证既能够形成金属间化合物,又不损伤焊盘;银丝的硬度则介于两者之间。

 

 

实际上,在整个键合系统中,阻抗最大的是金属间化合物,而非引线本身。铜丝键合的金属间化合物(Cu9Al4, Cu3Al2),其电阻率为13~15(10~8Ω·m),银丝的金属间化合物(Ag3Al, Ag2Al)电阻率为10(10~8Ω·m),综合下来看,银丝键合阻抗只比铜丝键合高10%~20%。

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